Nutizie - Analisi di u prublema di ligame trà i gruppi elettrogeni diesel è l'accumulazione d'energia

Eccu una spiegazione dettagliata in inglese di i quattru prublemi principali riguardanti l'interconnessione di i gruppi elettrogeni diesel è i sistemi di accumulazione d'energia. Stu sistema energeticu ibridu (spessu chjamatu microrete ibrida "Diesel + Storage") hè una suluzione avanzata per migliurà l'efficienza, riduce u cunsumu di carburante è assicurà un approvvigionamentu energeticu stabile, ma u so cuntrollu hè assai cumplessu.

Panoramica di i prublemi principali

Problema di putenza inversa di 100ms: Cumu impedisce à l'accumulazione d'energia di furnisce putenza in daretu à u generatore diesel, pruteggendulu cusì.
Putenza Custante: Cumu mantene u mutore diesel in funzione in modu consistente in a so zona di alta efficienza.
Disconnessione improvvisa di u almacenamentu di l'energia: Cumu gestisce l'impattu quandu u sistema di almacenamentu di l'energia si scollega di colpu da a rete.
Prublema di putenza reattiva: Cumu coordinà a spartera di putenza reattiva trà e duie fonti per assicurà a stabilità di a tensione.

1. U prublema di putenza inversa di 100 ms

Descrizzione di u prublema:
A putenza inversa si verifica quandu l'energia elettrica scorre da u sistema di accumulazione di energia (o da u caricu) versu u gruppu elettrogenu diesel. Per u mutore diesel, questu agisce cum'è un "motore", azionandu u mutore. Questu hè estremamente periculosu è pò purtà à:

Danni Meccanichi: Una guida anormale di u mutore pò dannà i cumpunenti cum'è l'alberu motore è e bielle.
Instabilità di u sistema: Provoca fluttuazioni di a velocità (frequenza) è di a tensione di u mutore diesel, chì ponu purtà à l'arrestu.

L'esigenza di risolve lu in 100 ms esiste perchè i generatori diesel anu una grande inerzia meccanica è i so sistemi di regulazione di velocità rispondenu lentamente (tipicamente di l'ordine di secondi). Ùn ponu micca fidà si di sè stessi per supprime rapidamente stu refluxu elettricu. U compitu deve esse gestitu da u Sistema di Cunversione di Potenza (PCS) à risposta ultra-rapida di u sistema di accumulazione di energia.

Soluzione:

Principiu fundamentale: "U diesel guida, l'accumulazione seguita". In tuttu u sistema, u gruppu elettrogenu diesel agisce cum'è fonte di riferimentu di tensione è frequenza (vale à dì, modu di cuntrollu V/F), analogu à a "rete". U sistema di accumulazione di energia funziona in modu di cuntrollu di putenza costante (PQ), induve a so putenza di uscita hè determinata solu da i cumandamenti di un controller principale.
Logica di cuntrollu:
1. Monitoraghju in tempu reale: U controller principale di u sistema (o u PCS di almacenamentu stessu) monitorizza a putenza di uscita (P_diesel) è a direzzione di u generatore diesel in tempu reale à una velocità assai alta (per esempiu, migliaia di volte per seconda).
2. Puntu di riferimentu di putenza: U puntu di riferimentu di putenza per u sistema di accumulazione di energia (P_set) deve suddisfà:P_load(putenza tutale di carica) =P_diesel+P_set.
3. Ajustamentu rapidu: Quandu u caricu diminuisce di colpu, pruvucenduP_dieselPer avè una tendenza negativa, u controller deve in pochi millisecondi mandà un cumandamentu à u PCS di almacenamiento per riduce immediatamente a so putenza di scarica o passà à a putenza d'assorbimentu (carica). Questu assorbe l'energia in eccessu in e batterie, assicurenduP_dieselferma pusitivu.
Prutezzioni tecniche:
- Cumunicazione à alta velocità: I protokolli di cumunicazione à alta velocità (per esempiu, CAN bus, Ethernet veloce) sò richiesti trà u controller diesel, u PCS di almacenamentu è u controller maestru di u sistema per assicurà un ritardu di cumandamentu minimu.
- Risposta Rapida PCS: L'unità di almacenamiento PCS muderne anu tempi di risposta di putenza assai più veloci di 100 ms, spessu in 10 ms, ciò chì li rende pienamente capaci di risponde à questu requisitu.
- Prutezzione Ridondante: Oltre à u ligame di cuntrollu, un relè di prutezzione di putenza inversa hè generalmente installatu à l'uscita di u generatore diesel cum'è una barriera hardware finale. Tuttavia, u so tempu di funziunamentu puderia esse di qualchì centinaia di millisecondi, dunque serve principalmente cum'è prutezzione di salvezza; a prutezzione rapida principale si basa nantu à u sistema di cuntrollu.

2. Putenza di uscita costante

Descrizzione di u prublema:
I motori diesel funzionanu à a massima efficienza di u carburante è à e più basse emissioni in un intervallu di carica di circa 60%-80% di a so putenza nominale. I carichi bassi causanu "accumulazione di carburante" è accumulazione di carbone, mentre chì i carichi elevati aumentanu drasticamente u cunsumu di carburante è riducenu a durata di vita. L'obiettivu hè di isolà u diesel da e fluttuazioni di carica, mantenendulu stabile à un puntu di riferimentu efficiente.

Soluzione:

Strategia di cuntrollu di "Rasatura di picchi è riempimentu di valle":
1. Puntu di Base Definitu: U gruppu elettrogenu diesel funziona à una putenza costante stabilita à u so puntu di efficienza ottimale (per esempiu, 70% di a putenza nominale).
2. Regolamentu di almacenamentu:
  - Quandu a dumanda di carica > u puntu di riferimentu diesel: A putenza deficiente (P_load - P_diesel_set) hè supplementatu da a scarica di u sistema di almacenamentu d'energia.
  - Quandu a dumanda di carica < puntu di riferimentu diesel: A putenza eccessiva (P_diesel_set - P_load) hè assorbita da a carica di u sistema di almacenamiento di energia.
Vantaghji di u sistema:
- U mutore diesel funziona in modu consistente à alta efficienza, senza intoppi, allungendu a so vita è riducendu i costi di manutenzione.
- U sistema di accumulazione di energia attenua e fluttuazioni drastiche di carica, impedendu l'inefficienza è l'usura causate da frequenti cambiamenti di carica diesel.
- U cunsumu generale di carburante hè significativamente riduttu.

3. Disconnessione improvvisa di u almacenamentu di l'energia

Descrizzione di u prublema:
U sistema di almacenamiento di l'energia puderia cascà di colpu fora di linea per via di un guastu di a batteria, un difettu di u PCS, o interventi di prutezzione. L'energia chì era prima trattata da l'almacenamiento (ch'ella generassi o cunsumassi) hè trasferita istantaneamente interamente à u gruppu generatore diesel, creendu un enorme scossa di putenza.

Rischi:

Sè u almacenamentu era in scarica (sustenendu u caricu), a so disconnessione trasferisce u caricu cumpletu à u diesel, causendu potenzialmente un sovraccaricu, una caduta di frequenza (velocità) è un arrestu protettivu.
Sè u almacenamentu era in carica (assorbendu a putenza in eccessu), a so disconnessione lascia a putenza in eccessu di u diesel senza locu induve andà, causendu potenzialmente putenza inversa è sovratensione, pruvucendu ancu un arrestu.

Soluzione:

Riserva di Rotazione Laterale Diesel: U gruppu elettrogenu diesel ùn deve esse dimensionatu solu per u so puntu di efficienza ottimale. Deve avè una capacità di riserva dinamica. Per esempiu, se u caricu massimu di u sistema hè di 1000 kW è u diesel funziona à 700 kW, a capacità nominale di u diesel deve esse superiore à 700 kW + u più grande caricu potenziale à gradini (o a putenza massima di u almacenamentu), per esempiu, una unità di 1000 kW selezziunata, chì furnisce un buffer di 300 kW per un guastu di u almacenamentu.
Cuntrollu di carica rapida:
1. Monitoraghju in tempu reale di u sistema: Monitorizeghja continuamente u statu è u flussu di putenza di u sistema di almacenamentu.
2. Rilevazione di guasti: Quandu si rileva una disconnessione improvvisa di u almacenamentu, u controller principale manda immediatamente un segnale di riduzione rapida di carica à u controller diesel.
3. Risposta Diesel: U controller diesel agisce subitu (per esempiu, riducendu rapidamente l'iniezione di carburante) per pruvà à riduce a putenza per currisponde à u novu caricu. A capacità di riserva chì gira compra tempu per sta risposta meccanica più lenta.
Ultima Risorsa: Eliminazione di Carica: Se u scoccu di putenza hè troppu grande per chì u diesel a possi gestisce, a prutezzione più affidabile hè di eliminà i carichi micca critichi, dendu priorità à a sicurezza di i carichi critichi è di u generatore stessu. Un schema di eliminazione di carica hè un requisitu di prutezzione essenziale in a cuncepzione di u sistema.

4. Prublema di putenza reattiva

Descrizzione di u prublema:
A putenza reattiva hè aduprata per stabilisce campi magnetichi è hè cruciale per mantene a stabilità di a tensione in i sistemi AC. Sia u generatore diesel sia u PCS di almacenamiento devenu participà à a regulazione di a putenza reattiva.

Generatore Diesel: Cuntrolla a putenza reattiva è a tensione aghjustendu a so corrente d'eccitazione. A so capacità di putenza reattiva hè limitata, è a so risposta hè lenta.
PCS di almacenamiento: A maiò parte di l'unità PCS muderne sò à quattru quadranti, vale à dì chì ponu iniettà o assorbe indipindentamente è rapidamente putenza reattiva (à cundizione chì ùn superinu micca a so putenza apparente kVA).

Sfida: Cumu coordinà tramindui per assicurà a stabilità di a tensione di u sistema senza sovraccaricà alcuna di l'unità.

Soluzione:

Strategie di cuntrollu:
1. U Diesel guverna a tensione: U gruppu generatore diesel hè impostu in modu V/F, rispunsevule di stabilisce a tensione è a frequenza di riferimentu di u sistema. Fornisce una "fonte di tensione" stabile.
2. U almacenamentu participa à a regulazione reattiva (opzionale):
  - Modu PQ: A memoria gestisce solu a putenza attiva (P), cù putenza reattiva (Q) impostu à zeru. U diesel furnisce tutta a putenza reattiva. Questu hè u metudu u più simplice ma aggrava u diesel.
  - Modu di Dispatch di Potenza Reattiva: U controller principale di u sistema manda cumandamenti di putenza reattiva (Q_set) à u PCS di almacenamiento basatu annantu à e cundizioni di tensione attuale. Se a tensione di u sistema hè bassa, cumandate à l'almacenamiento d'injectà putenza reattiva; se alta, cumandate d'assorbe a putenza reattiva. Questu allevia u pesu di u diesel, permettenduli di fucalizza nantu à a putenza attiva in uscita, mentre furnisce una stabilizazione di tensione più fina è rapida.
  - Modu di cuntrollu di u fattore di putenza (PF): Un fattore di putenza obiettivu (per esempiu, 0,95) hè impostu, è a memoria aghjusta automaticamente a so uscita reattiva per mantene un fattore di putenza generale costante à i terminali di u generatore diesel.
Cunsiderazione di capacità: U PCS di almacenamentu deve esse dimensionatu cù una capacità di putenza apparente (kVA) sufficiente. Per esempiu, un PCS di 500 kW chì produce 400 kW di putenza attiva pò furnisce un massimu disqrt(500² - 400²) = 300kVArdi putenza reattiva. Sè a dumanda di putenza reattiva hè alta, hè necessariu un PCS più grande.

Riassuntu

Per ottene una interconnessione stabile trà un gruppu generatore diesel è l'accumulazione d'energia, ci vole un cuntrollu gerarchicu:

Stratu Hardware: Selezziunate un PCS di almacenamentu à risposta rapida è un controller di generatore diesel cù interfacce di cumunicazione à alta velocità.
Stratu di cuntrollu: Impiega una architettura fundamentale di "Diesel stabilisce V/F, u almacenamentu face PQ". Un controller di sistema à alta velocità esegue a distribuzione di putenza in tempu reale per a "radura di piccu/riempimentu di valle" di putenza attiva è u supportu di putenza reattiva.
Stratu di Prutezzione: U cuncepimentu di u sistema deve include piani di prutezzione cumpleti: prutezzione di putenza inversa, prutezzione di sovraccaricu è strategie di cuntrollu di carica (ancu di scaricamentu) per gestisce a disconnessione brusca di u almacenamentu.

Attraversu e suluzioni discritte sopra, i quattru prublemi chjave chì avete suscitatu ponu esse affrontati efficacemente per custruisce un sistema di alimentazione ibrida di almacenamiento di energia diesel efficiente, stabile è affidabile.